Estudio de la capa limite para diferentes condiciones de superficie

Abstract

Entender el comportamiento de la capa límite para diferentes condiciones de rugosidad tiene una gran importancia en las aplicaciones de ingeniería. La rugosidad superficial puede llegar a tener un efecto significativo en la perdida por fricción tanto en ductos cerrados como en las superficies aerodinámicas. Además de comprender el impacto de la rugosidad en la pérdida por fricción es deseable lograr un mejor entendimiento sobre la alteración global que sufre la capa límite. La capa limite desarrollada sobre una superficie plana podemos dividirlas en una subcapa interna y otra externa. La interna se encuentra en las inmediaciones de la pared y posee un espesor muy delgado en comparación al espesor de la capa límite mientras que la subcapa externa abarca la zona restante. Estudios experimentales y computacionales muestran que la estructura del flujo en la subcapa externa no sufre alteraciones al modificar la condición de superficie. Según la ‘’hipótesis de similitud’’ de Townsed a una determinada distancia desde la pared la estructura turbulenta del flujo no se ve alterada por el tipo de rugosidad que posea la superficie. Para que se cumpla esta hipótesis es necesario un alto número de Re donde el espesor de la capa limite sea muy grande en comparación de la altura de rugosidad k. Esto implica que tanto para la placa plana lisa y la placa plana rugosa los perfiles de velocidad media y el de tensiones, ambos normalizados por sus respectivas variables, colapsan fuera de la sub capa externa cuando se los grafica en función de la distancia a la placa plana normalizada por el espesor de capa limite δ/y. Varias investigaciones concuerdan que la subcapa externa comienza a partir de una distancia que ronda 5 veces la rugosidad de la superficie. El presente trabajo de carácter experimental apunta al estudio de la capa límite desarrollada en superficies con diferente rugosidad superficial. Los experimentos se realizan para una placa plana de superficie lisa y para superficies rugosas de diferentes alturas. Tales superficies están dadas por papel de lija de diferente tamaño de grano que permiten definir la variable de rugosidad k. Entender el comportamiento de la rugosidad sobre la capa limite brinda valiosa información para el estudio o diseño de diferentes cuerpos que actúen en campos fluido dinámicos.